Bilant de Materiale [PDF]

Zitiervorschau

II.4.6. Bilanturi de materiale

Operație Filtrare Precipitare și neutralizare Filtrare Acidulare Decolorare si filtrare Demineralizare și concentrare Cristalizare Filtrare Uscare

Randamente 80% 90% 90% 100% 85% 100% 90% 90% 98%

Calcule preliminare Productia=45 t/an=45000kg/an FAT=330 zile

ns 

FAT  24 7920   47,14  48 șarje ts 168

ts=tf+taux=156+12=168 ore FAT – fond anual de timp, ts – durata unei sarje, tf – durata fermentației, taux – timpi auxiliari (10 – 15 ore) Productia pe șarja, Ps:

Ps 

Pan 45000   937,5 kg/șarjă ns 48

Producția în fermentator, Pf:

Pf 

Ps

g



937,5  2144, 2047 kg/șarjă 0, 43722504

Productivitatea microorganismului,P: P=50 kg/m3

Volumul util, Vu: Vu 

Pf P



2144, 2047  42,8841m3 50

Masa lichidului de fermentatie, M: M    Vu ρ – densitatea apei la temperatura din fermentator

30ºC……………996 kg/m3 40ºC……………992 kg/m3

32 C  

996  992   32  30   996  995, 2kg / m3 30  40

M   Vu  995, 2  42,8841  42678, 2563kg

1. Pregătirea mediului de cultură: 3% zahăr,melasă cu concentrația în zahar 15% 0,3% fosfat monopotasic 4% extract de porumb 0,1% CaCO3 0,1% ZnSO4 0,3% MgSO4 Diferența până la 100% este apă. Melasă: 100 kg Mdc………...............3 kg zahăr 42678,2563 kg Mdc………x

x

42678, 2563  3  1280,3477 kg/șarjă zahăr 100

100 kg melasă………………15 kg zahăr y……………………………..1280,3477 kg/șarjă zahăr

y

1280,3477 100  8535, 6513 kg/șarjă melasă 15

Melasa: 20% din masa mediului de cultură.

Extract de porumb:

100 kg Mdc……….................4g extract de porumb 42678,2563 kg......………......x1

x1 

42678, 2563  4  1707,1303 kg/șarjă extract de porumb 100

Fosfat monopotasic:

100 kg Mdc……….......................0,3 kg KH2PO4 42678,2563 kg………..................x2

x2 

42678, 2563  0,3  128, 0347 kg/șarjă KH2PO4 100

Carbonat de calciu:

100 kg Mdc………......................0,1 kg CaCO3 42678,2563 kg……….................x3

x3 

42678, 2563  0,1  42, 6783 kg/șarjă CaCO3 100

Sulfat de zinc:

100 kg Mdc....................………0,1 kg ZnSO4 42678,2563 kg……...............…x4

x4 

42678, 2563  0,1  42, 6783 kg/șarjă ZnSO4 100

Sulfat de magneziu: 100 kg Mdc...................………0,1 MgSO4 42678,2563 kg……..............…x5

x5 

42678, 2563  0,3  128, 0347 kg/șarjă MgSO4 100

Apă: 100 kg Mdc...................………75,2 kg apă 42678,2563 kg………..............z

z Nr. 1 2 3 4 5 6 7

42678, 2563  75, 2  32094, 0487 kg/șarjă apă 100

Mărimi intrate Melasă Extract de porumb KH2PO4 CaCO3 ZnSO4 Mg SO4 Apa Total

% 20 4 0,3 0,1 0,1 0,3 75,2 100

Kg/șarjă 8535,6513 1707,1303 128,0347 42,6783 42,6783 128,0347 32094,0487 42678,2563

Mărimi ieșite Melasă Extract de porumb KH2PO4 CaCO3 ZnSO4 Mg SO4 Apa Total

% 20 4 0,3 0,1 0,1 0,3 75,2 100

Kg/șarjă 8535,6513 1707,1303 128,0347 42,6783 42,6783 128,0347 32094,0487 42678,2563

Deoarece în procesul de sterilizare o parte din componenții mediului de cultură se degradează următorii compuși se iau în exces de 10%: melasă, extract de porumb. Melasă: 8535,6513 1,1  9389, 2164 kg/șarjă (22%) Extract de porumb: 1707,1303 1,1  1877,8433 kg/șarjă (4,4%) Redeterminarea cantității de apă necesară: 100 kg Mdc...................………72,8 kg apă 42678,2563 kg………..............w

w

Nr. 1 2 3 4 5 6 7

42678, 2563  72,8  31069, 7706 kg/șarjă apă 100

Mărimi intrate Melasă Extract de porumb KH2PO4 CaCO3 ZnSO4 Mg SO4 Apa Total

% 22 4,4 0,3 0,1 0,1 0,3 72,8 100

Kg/șarjă 9389,2164 1877,8433 128,0347 42,6783 42,6783 128,0347 31069,7706 42678,2563

Mărimi ieșite Melasă Extract de porumb KH2PO4 CaCO3 ZnSO4 Mg SO4 Apa Total

% 22 4,4 0,3 0,1 0,1 0,3 72,8 100

Kg/șarjă 9389,2164 1877,8433 128,0347 42,6783 42,6783 128,0347 31069,7706 42678,2563

2. Sterilizarea mediului de cultură:

Nr. 1 2 3 4 5 6 7

Mărimi intrate Melasă Extract de porumb KH2PO4 CaCO3 ZnSO4 Mg SO4 Apă Total

% 22 4,4 0,3 0,1 0,1 0,3 72,8 100

Kg/șarjă 9389,2164 1877,8433 128,0347 42,6783 42,6783 128,0347 31069,7706 42678,2563

Mărimi ieșite Melasă Extract de porumb KH2PO4 CaCO3 ZnSO4 Mg SO4 Apa Total

3. Fermentație: a) Necesarul de aer : 1L aer/1L Mdc min 10-3 m3 Mdc..……………................... 10-3 m3aer 42,8841 m3 Mdc....................................x m3aer x = 42,8841 m3/șarjă aer 1 min ................................................... 42,8841 m3 aer 9360 min ...............................................Vaer m3 Vaer = 401395,176 m3/șarjă aer ρ= ρaer = ρ0

=

Maer = 1,2731 401395,176= 511016,1986 Kg/șarjă aer b) Biomasa Concentrația biomasei în proces CX = 20 g s.u. / L Mdc Celulele vii: 20 % s.u. , 80 % apă. 100 g celule ............................................... 20 g s.u. x = 100 g celule .......................................... 20 g s.u. 10-3 m3 Mdc.................................... 100 g celule 42,8841 m3 Mdc...............................cx g celule cx = 4288410 g celule = 4288,41 Kg celule/șarjă biomasă

% 20 4 0,3 0,1 0,1 0,3 75,2 100

Kg/șarjă 8535,6513 1707,1303 128,0347 42,6783 42,6783 128,0347 32094,0487 42678,2563

c) Apa evaporată 1 Kg aer ………………………....… 0,01 Kg apă 511016,1986 Kg aer …….................y Kg/șarjă apă evaporată y = 5110,1619 Kg/șarjă apă evaporată. Minocul = 0,1 MMdc Minocul= 4267,8256 Kg/șarjă inocul Mmediu = 0,9 MMdc Mmediu = 38410,4307 Kg/șarjă mediu MLdf = Minocul + Mmediu- Mapa evap - Mbiomasa MLdf=4267,8256+38410,4307–5110,1619-4288,41=33279,6844 Kg/șarjă Ldf

Nr. Mărimi intrate crt. 1 Mediu de cultură 2 3 4

Kg/șarjă 38410,4307

Inocul Aer

4267,8256 511016,1986

Total

553694,4549

Mărimi ieșite Lichid de fermentație (Acid citric) Biomasă Aer Apă evaporată Total

Kg/șarjă 33279,6844 (2144,2047) 4288,41 511016,1986 5110,1619 553694,4549

4. Filtrare

  80% Precipitatul reține 20% din lichidul de fementație

M pp  M biomasa  0, 2  M pp M pp  M filtrat

M biomasa 4288, 41   5360,5125kg / sarja 0,8 0,8  M ldf  0, 2  M pp  33279, 6844  0, 2  5360,5125  32207,5819kg / sarja

a  Pf  0,8  2144, 2047  0,8  1715,3638kg / sarja

Nr. Mărimi intrate crt. 1 Lichid de fermentație

Kg/șarjă

Mărimi ieșite

Kg/șarjă

33279,6844

Precipitat

5360,5125

2

(Acid citric) Biomasă

(2144,2047) 4288,41

Total

37568,0944

Filtrat (Acid citric) Total

32207,5819 (1715,3638) 37568,0944

5. Precipitare și neutralizare a

y′

x

z′

2C6H8O7 + 3Ca(OH)2 → (C6H5O7)2Ca3 + 6H2O 2∙192

3∙74

498

6∙18

a = Pf =2144,2047 a=1715,3638 x = 991,6947 Kg/șarjă Ca(OH)2 y’ = 2224,6124 Kg/șarjă citrat de Ca z’ = 482,4461 Kg/șarjă apă y = y’ z = z’

Kg/șarjă Kg/șarjă

Ca(OH)2, conc = 20 %, 5 % exces MCa(OH)2, exces = 0,05 Kg/șarjă MCa(OH)2, nereact= 0,1 Kg/șarjă Macid citric p=0,9

kg/șarjă

C= md = 1,05 ms = 5206,397 Kg/șarjă Mapa din Ca(OH)2 = ms –md =

Kg/șarjă

4165,1176 Kg/șarjă

Mape rezid = Mfiltrat – Macid citric p+z + MCa(OH)2, exces + MCa(OH)2, nereact+ Mapa din Ca(OH)2 = 32207,5819-1543,8274+434,2015+49,5847+99,1695+4165,1176=35411,8278 Kg/șarjă

Mărimi intrate

Kg/șarjă

Mărimi ieșite

Kg/șarjă

32207,5819 (a=1715,3638) 5206,397

Ape reziduale

35411,8278

2

Filtrat (A.C) Ca(OH)2, 20%

Citrat de Ca (A.C)

3

Total

37413,979

Total

2002,1512 (b=0,9 1543,8274) 37413,979

Nr. crt. 1

6. Filtrare η = 90 % Precipitatul retine 20 % umiditate Mpp = Mcitrat + 0,2Mpp Mpp =

=

Kg/șarjă (x)

Datorită randamentului, Mpp = 0,9 x = 2252,4201 Kg/șarjă Mcitrat pierdut = 0,1 Mcitrat = 200,2151 Kg/șarjă Mfiltrat= Mape reziduale – 0,2 Mpp + Mcitrat p Mfiltrat= 35411,8278 – 0,2∙2252,4201+200,2151 = 35161,5589 Kg/șarjă Nr. Mărimi intrate crt. 1 Ape reziduale

Kg/șarjă

2

Citrat precipitat (A.C)

3

Total

2002,1512 (b=1543,8274) 37412,979

7. Acidulare

35411,8278

Mărimi ieșite

Kg/șarjă

Precipitat (A.C) Filtrat

2252,4201 (c=0,9∙b=1389,4447) 35161,5589

Total

37413,979

c= 1389,4447

x

y

z

(C6H5O7)2Ca3 + 3H2SO4→ 2C6H8O7 + 3CaSO4 498

3∙98

2∙192

3∙136

x = 820,2746 Kg/șarjă y = 1071,3790 Kg/șarjă z = 1138,3402 Kg/șarjă H2SO4, c=20 %, exces 5 % MH2SO4, exces= 0,05∙ x = 41,0137 Kg/șarjă md = 1,05 ∙x = 861,2883 Kg/șarjă ms = Kg/șarjă Mapa din H2SO2 = ms –md = 3445,1532 Kg/șarjă Msol acide= Mapa din H2SO2 + MH2SO4, exces +y+ Mumid. pp = =3445,1532 + 41,0137+1071,3790+862,9754 = 5420,5213 Kg/șarjă Mumid. pp = M pp -c =2252,4201-1389,4447 =862,9754 kg/șarjă Nr. Mărimi intrate crt. 1 Precipitat (A.C.) 2 Sol H2SO4 Total

Kg/șarjă

Mărimi ieșite

Kg/șarjă

2252,4201 (c=1389,4447) 4306,4415 6558,8616

Solutie acidă (A.C) CaSO4 Total

5420,5213 (d=c=1389,4447) 1138,3402 6558,8615

8. Decolorare si filtrare η=85 % Masa carbunelui activ reprezintă 20 % din masa soluției acide. Mcarb activ = 0,2Msol acida = 1084,1043 Kg/șarjă Mpp = = 3794,4034 Kg/șarjă Mfiltrat = Msol acida – 0,15Msol acida – 0,2 Mpp =5420,5213-813,0782-758,8807 =3848,5624 Kg/șarjă

Nr. crt. 1 2 3

Mărimi intrate

Kg/șarjă

Mărimi ieșite

Kg/șarjă

Solutii acide (A.C) CaSO4

5420,5213 (d=1389,4447) 1138,3402

Precipitat

3794,4034

Filtrat (A.C)

3848,5624 (e=0,85∙d=1181,028)

Cărbune activ Total

1084,1043 7642,9658

Total

7642,9658

9. Cristalizarea η= 90 % Mape rezid = Mfiltrat- Macid citric Macid citric =0,9∙ e = 0,9∙1181,028=1062,9252 Kg/șarjă (f) Mape rezid = 3848,5624 – 1062,9252= 2785,6372 Kg/șarjă

Nr. crt. 1

Mărimi intrate

Kg/șarjă

Mărimi ieșite

Kg/șarjă

Filtrat (A.C.)

3848,5624 (e =1181,028)

A.C cristalizat

1062,9252

Ape reziduale Total

2785,6372 3848,5624

2 Total

3848,5624

10. Filtrare η=90 % Precipitatul reține 10% din umiditate. Mpp = Mfiltrat= Mape rezid + 0,1Macid citric - 0,1 Macid citric = 2785,6372+0,1∙1062,9252-0,1∙1062,9252 =2785,6372 kg/șarjă

Nr. crt. 1 2

Mărimi intrate

Kg/șarjă

Mărimi iesite

Kg/șarjă

Acid citric (f) Ape reziduale Total

1062,9252

Precipitat (A.C) Filtrat Total

1062,9252 (g) (h=0,9∙f=956,6327) 2785,6372 3848,5624

2785,6372 3848,5624

11. Uscare η = 98 % Mapaevap = 0,1 g + 0,02 h =0,1∙1062,9252 +0,02∙956,6327=106,2952+19,1327 = 125,4252 Kg/șarjă Macid citric = 0,98∙ h = 0,98 ∙ 956,6327 =937,5000 Kg/șarjă

Nr. crt. 1

Mărimi intrate

Kg/șarjă

Mărimi iesite

Kg/șarjă

Precipitat

1062,9252

Acid citric

937,5000

1062,9252

Apa evaporată Total

125,4252 1062,9252

2 Total